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我所专家在小麦籽粒微量元素营养研究领域发表综述性文章

时间:2020-08-25,来源:谷物营养与质量安全团队,浏览量:404

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近日,作物所谷物营养与质量安全创新团队专家系统归纳总结了国内外小麦籽粒锌营养生物强化的前沿进展,以综述性长文的形式在科睿唯安(Clarivate Analytics)食品科学与技术领域JCR一区TOP期刊《Food and Energy Security》(IF: 5.212,5年影响因子6.083,排名9/139)上在线发表。这是我院首次以第一作者和通讯作者单位在该国际权威期刊上发表学术论文。

锌(Zn)是动、植物和人体必需的微量元素。据报道,世界60亿人口中有30%以上出现了缺锌症状,包括生长迟缓、厌食症、腹泻、肺炎、妊娠问题和其他一些慢性疾病,特别是在发展中国家和农村地区。小麦作为世界主要粮食作物,其籽粒中的锌浓度普遍较低,平均约为28-30 mg/kg。因此,提高小麦籽粒锌浓度以改善人体营养健康是全球科学家和比尔和梅琳达·盖茨基金会HarvestPlus生物强化项目关注的重点。为了提高作物产量潜力,科学家们对“源-库”相互作用进行了数十年的深入研究,但对谷物营养品质的研究相对较少。该综述文章将“源”和“库”及其相互作用的概念拓展延伸到小麦籽粒锌营养和生物强化的研究中。

文章发现,增加小麦锌源(通过土壤和叶面施用)可以直接增加营养组织和籽粒库中的有效锌含量;合理的氮素(N)供应增加了籽粒Zn累积(即存在N-Zn协同作用),但磷素(P)投入一般会降低籽粒Zn浓度(即存在P-Zn拮抗作用),而有关钾素(K)的作用效应尚不清楚;传统育种和基因工程手段都能提高锌从“源”流向“库”的潜力(包括从土壤吸收、从根到茎的转运和再活化)。然而,为了最终协同实现小麦籽粒锌含量生物强化目标值(40-50 mg/kg)和提高作物产量,需要通过合理的管理措施来建立一个良好协调的“源-库”关系。文章指出,以后的研究应更多关注农民施肥实际(复合肥、缓/控释肥、有机和微生物肥料的施用),并制定实现锌生物强化的综合农艺和遗传策略。文章最后强调,需要建立高度系统化和机理性模型,该模型主要包括四部分:(1)通过同位素示踪的方法明确锌的迁移路径(特别是从叶片向籽粒中不同部位转移的路径);(2)锌与N、P、K、碳或其他二价阳离子元素间的交互作用;(3)内在的酶学和激素生理生化过程;(4)锌稳态的复杂遗传基因调控网络,与其他营养物质、信号分子以及在不同环境条件(土壤、水和未来气候变化)和管理措施(育种和施肥)下产量的增加或稀释/减少之间的关系。这些方面均需要进一步深入研究,以完全阐明锌从源流向库的“黑箱”。

山东省土壤大部分为碱性钙质土,土壤中的有效锌含量普遍较低。据调查,山东省一半以上的土壤缺锌,从而限制小麦产量和籽粒锌含量,而生产实践中缺乏微肥应用。另一方面,小麦作为我国北方人群的主要粮食作物,提高小麦籽粒锌含量是缓解人体锌营养缺乏的有效途径。作物所谷物营养与质量安全创新团队专家经过多年深入研究表明,锌与氮磷钾等肥料的合理配合应用,提高产量的同时,可以提升谷物籽粒锌等微量元素营养品质,是实现提质增效的有效途径,可用来生产优质富锌等功能食品(面粉、面包、面条等),增加谷物制品附加值,带动种植户和加工企业增收。相关研究结果发表在《Frontiers in Plant Science》《Plant and Soil》《Agronomy-Basel》《Cereal Chemistry》《Chilean Journal of Agricultural Research》等系列SCI期刊上,另外发表中文文章5篇,授权国内发明专利2项、实用新型1项、软件著作权2项,制定山东省地方标准2项,在《山东科技报》等省级以上报刊报道3次。这次综述文章的发表表明,我院在小麦微量元素营养领域研究水平位于世界同行前列,为将品种筛选、土施锌肥和叶面喷施铁锌硒及配套耕作栽培和肥水药管理措施协同增效相结合,形成从土壤到叶面的一揽子小麦籽粒有益微量元素营养强化“源-库”综合调控技术体系,实现小麦高产高效和微量元素营养优质的协同,奠定了良好的理论基础。

      这是我院首次以第一作者和通讯作者单位在该国际权威期刊上发表的学术论文。作物所夏海勇副研究员为本文第一兼通讯作者,山东师范大学和作物所联合培养硕士研究生王澜、乔月彤,作物所孔令安研究员、王宗帅博士、科研助理孔玮琳,玉米所薛艳芳副研究员和英国雷丁大学地理与环境科学系Tom Sizmur博士等参与了部分工作。该研究得到了山东省重点研发计划“小麦籽粒锌营养强化肥料运筹技术研究与示范”、省农业重大应用技术创新项目“粮经饲绿色增效周年种植模式和关键技术研究与示范”等项目的资助。


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